用于光诱导宏观振荡运动的液晶网络制备

本实验方案的总体目标是制备在持续光照下能够产生机械振荡的液晶网络。该方法有助于回答材料科学中的关键问题，例如如何实现具有潜在应用价值的连续微观运动，特别是在软体机器人和自动化系统领域。该技术的主要优势在于其使用的材料和方法在喷射制造行业中已被广泛应用，并且所用化学品可从商业途径获得。

首先，使用肥皂和热水仔细清洁 3 厘米 × 3 厘米的玻璃片，以去除污染物。将玻璃片放入盛有乙醇的烧杯中，然后将烧杯置于超声波清洗仪中清洗约 10 分钟。

随后，用纸巾和吹气球小心地将玻璃板吹干。确保玻璃板上无任何溶剂、灰尘或其他类型污染物残留。将玻璃板放入紫外臭氧光反应仪中处理 20 分钟，以去除有机残留物。

臭氧处理后，向其中一块玻璃板吹气，并将其置于旋涂仪上。随后，取约0.5毫升聚酰胺溶液滴加在玻璃板表面，使其完全覆盖。按照以下条件旋涂取向层。

旋涂完成后，在玻璃片的未涂覆面标记明显记号，以区分垂直取向层和平行取向层。将已涂覆的玻璃片置于110摄氏度的加热板上加热10分钟，以去除取向层混合物中大部分溶剂。待所有玻璃片涂覆完毕后，将其放入180摄氏度的烘箱中加热1小时，使聚酰胺层完全固化。

为了在涂覆的玻璃板上制作微通道，将每块平面玻璃的涂覆面朝下放置在丝绒布上。用两根手指施加均匀而轻柔的压力，沿丝绒布表面以直线方向小心拖动玻璃板。

然后向玻璃板吹气。接着，通过将紫外固化胶与直径明确为20微米的玻璃微珠混合，制备一种粘合剂。在涂有平面取向层的玻璃板的两个相邻角上各放置两小滴胶水。

然后在另外两个角附近约五毫米处各放置一滴胶水。将涂有垂直取向层的玻璃片置于第一块玻璃片之上，使两块玻璃片边缘之间留出约四毫米的间隙，以提供足够的空间容纳液晶混合物。随后将两块玻璃片或样品池置于紫外光下照射两分钟，使胶水固化。

将细胞置于加热板上，使垂直取向面朝上。将温度设定为110摄氏度，以促进细胞填充，因为此时流体的黏度低于向列相。随后，将部分液晶混合物置于细胞边缘，使固体熔化，液态混合物通过毛细作用流入细胞内。

在边缘处继续添加混合物，直至充满整个样品池。样品池充满后，缓慢冷却至90摄氏度，使其处于向列相。一旦薄膜达到90摄氏度，立即在该温度下将样品池置于紫外光下照射30分钟，使混合物发生聚合。

聚合完成后，将细胞置于130摄氏度的加热板上约10分钟。待细胞冷却至室温后，将刀片置于一侧边缘并插入两块玻璃板之间以打开细胞。使用刀片撬起边缘，将薄膜剥离。

轻轻将薄膜从玻璃板上剥离。然后沿薄膜的分子取向方向切割成条状。接下来，使用自闭合镊子夹住薄膜样品，使1.7厘米的薄膜自由悬垂，可自由活动。

将样品垂直放置，并使发光二极管光束垂直照射样品，以观察自振荡现象。本方案展示了光照下薄膜的振荡运动，其中弯曲排列的取向质量对实现自维持驱动至关重要。薄膜应具有透明性。

为了验证正确的散开取向，将附着在玻璃基板上的薄膜置于漫射白光源上方的交叉偏振器之间进行观察。当薄膜呈条状时，会呈现出自然的曲率，其弯曲中心位于垂直取向（homeotropic）一侧，这是由于聚合过程中产生的残余应力所致。高速摄像机记录到的机械和热振荡现象证实了该实验方案的成功。

当薄膜被夹住时，它会朝着光照方向恢复至平坦状态。随后，薄膜开始持续运动，并伴随机械振荡和热振荡。观察该现象的关键因素是光热效应以及由光照强度和位置控制的薄膜自遮蔽效应。

光强过低时，由于铰链处温度不足，导致弯曲程度较小；而光强过高则会在铰链处引发过冲现象。一旦掌握该技术，若操作得当，可在四小时内完成。在实施该过程时，需在聚合前确认液晶相的取向是否正确，以确保获得稳定的振荡行为。

该方案的优势在于，通过改变薄膜的尺寸和光强度，能够调节振荡的频率和振幅。该方法建立后，为材料科学领域的研究人员探索软物质中的其他非平衡运动开辟了道路。观看本视频后，您应能够充分理解如何制备取向的液晶网络以获得光响应性薄膜。

请务必注意，操作光源可能具有极高危险性，在进行这些实验时应始终佩戴紫外线防护眼镜。